Instalación de flujo con índice de refracción adaptado

Instalaciones del Laboratorio Nacional de Idaho

Matched Index of Refraction (o MIR ) es una instalación ubicada en el Laboratorio Nacional de Idaho construida en la década de 1990. El propósito de los experimentos de dinámica de fluidos en el sistema de flujo MIR en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL) es desarrollar bases de datos de referencia para la evaluación de soluciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de las ecuaciones de momento, mezcla escalar y modelos de turbulencia para las relaciones de flujo entre canales de refrigerante y espacios de derivación en las regiones intersticiales de geometrías típicas de elementos de combustible estándar prismáticos o bloques reflectores superiores de reactores de temperatura muy alta (VHTR) típicos en el caso límite de flotabilidad despreciable y propiedades de fluido constantes.

Funcionalidad

El MIR utiliza velocimetría Doppler para producir una imagen tridimensional de un modelo dentro del bucle. Para ello, el bucle hace circular alrededor de 3500 galones de aceite mineral semitransparente similar al aceite para bebés . Modelos especiales de cuarzo, construidos a escala, se insertan en el bucle cerca del equipo de observación. El MIR es capaz de analizar una variedad de modelos, incluido el interior de los núcleos de los reactores nucleares .

El objetivo de MIR es permitir a los investigadores analizar las propiedades de fluidos de un modelo; cómo su estructura interactúa con el flujo de aire , agua u otro medio fluido a través y/o alrededor de él. De esta manera, MIR es comparable en cierta medida a un túnel de viento . La información que MIR puede proporcionar es valiosa para los investigadores que desean evaluar un diseño.

Una vez que el aceite fluye y se mantiene a una temperatura definida, adquiere el mismo índice de refracción que el modelo de cuarzo. Esta comparación del índice de refracción es una técnica común que se utiliza en experimentos de flujo de líquidos y permite a los investigadores y a los instrumentos ver el flujo dentro de la instalación sin distorsión en la interfaz entre los modelos y el aceite. ^[1] Los investigadores pueden examinar los campos de flujo utilizando la velocimetría de imágenes de partículas mediante la adición de pequeñas partículas al aceite o simplemente utilizando impurezas en los aceites. ^[2]

Experimentos actuales que involucran MIR

El experimento de flujo de derivación del MIR VHTR medirá las características del flujo en los canales de refrigerante y los espacios intersticiales entre los elementos de combustible estándar de bloques prismáticos típicos o los bloques reflectores superiores. Los experimentos utilizan técnicas ópticas, principalmente velocimetría de imágenes de partículas (PIV) en el sistema de flujo MIR del INL. El beneficio de la técnica MIR es que permite realizar mediciones ópticas para determinar las características del flujo en los pasajes y alrededor de los objetos que se obtendrán sin ubicar un transductor perturbador en el campo de flujo y sin distorsión de las trayectorias ópticas. Los experimentos MIR sin calefacción son los primeros pasos cuando la geometría es complicada. ^[3]

Actualizaciones planificadas

Sistema de velocimetría láser Doppler 3D

• El sistema actual es 2-D
• Sistema de velocimetría de imágenes de partículas en 3D de alta velocidad y alta resolución
• Frecuencia de cuadro de hasta 1 kHz (el sistema actual tiene una capacidad estándar de 2 a 3 Hz o 15 Hz hasta el límite de la RAM)
• Resolución de 4,2 MP (el sistema actual tiene una resolución de 1,92 MP)
• Sistema de fluorescencia inducida por láser planar (PILF) ^[4]

Colaboradores

• Ref.: Becker, S., Stoots, CM, Condie, KG, Durst, F. y McEligot, DM, 2002, "Medidas LDA de flujos de transición inducidos por una nervadura cuadrada", J. Fluids Eng., 124, marzo de 2002, págs. 108-117.
• Ref.: Condie, KG, McCreery, GE y McEligot, 2001, "Medidas de la física fundamental de fluidos de los recipientes de almacenamiento de SNF", INEEL/EXT-01-01269, septiembre de 2001.
• Ref.: McEligot, DM, McCreery, GE, Pink, RJ, Barringer, C. y Knight, KJ, 2001, "Modelado físico y computacional para aplicaciones de flujo de aire en armas químicas y biológicas", INEEL/CON-02-00860, noviembre de 2001.
• Ref.: McEligot, DM, Condie, KG, Foust, TD, Jackson, JD, Kunugi, T., McCreery, GE, Pink, RJ, Pletcher, RH, Satake, SI, Shenoy, A., Stacey, DE,
  Vukoslavcevic, P. y Wallace, JM, 2002, "Física fundamental de fluidos térmicos de flujos de alta temperatura en sistemas de reactores avanzados", INEEL-EXT-2002-1613, diciembre de 2002.
• Ref.: McEligot, DM, Condie, KG, McCreery, GE, Hochreiter, LE, Jackson, JD, Pletcher, RH, Wallace, JM, Yoo, JY, Ro, ST, Lee, J.WS. y Park, SO, 2003, "Física térmica de fluidos computacional avanzada (CTFP) y su evaluación para reactores de agua ligera y reactores supercríticos", INEEL-EXT03-01215 Rev 5, diciembre de 2003.
• Ref.: McIlroy, HM Jr., 2004, "La capa límite sobre modelos de álabes de turbina con superficies rugosas realistas", Tesis de doctorado, Universidad de Idaho, diciembre de 2004.
• Ref.: Shuster, JM, Pink, RJ, McEligot, DM y Smith, DR, 2005, "Interacción de un chorro sintético circular con una capa límite de flujo cruzado", 35.º artículo de la AIAA 2005–4749, Conferencia y exposición sobre dinámica de fluidos, 6–9 de junio de 2005, Toronto, CA.
• Ref.: McIlroy, HM Jr., McEligot, DM y Pink, RJ, "Medición de fenómenos de flujo en un modelo de cámara inferior de un reactor prismático refrigerado por gas", J. of Eng. for Gas Turbines & Power, 132, febrero de 2010, págs. 022901–1 – 022901–7.
• Ref.: Wilson, BM, Smith, BL, Spall, R. y McIlroy, HM Jr., 2009, "Un chorro giratorio no simétrico como ejemplo de un experimento de evaluación altamente modelable", ICONE17-75362, Actas de ICONE17 2009, 17.ª Conferencia internacional sobre ingeniería nuclear

Referencias

1. Wright, SF; Zadrazil, I.; Markides, CN (2017). "Una revisión de las opciones de selección de sólido-fluido para mediciones basadas en óptica en flujos de líquido monofásico, líquido-líquido bifásico y sólido-líquido multifásico". Experimentos en fluidos . 58 (9): 108. Bibcode :2017ExFl...58..108W. doi : 10.1007/s00348-017-2386-y . hdl : 10044/1/49407 .
2. "Técnica de índice de refracción coincidente". inlportal.inl.gov . Consultado el 13 de octubre de 2013 .
3. "Iniciar sesión". inlportal.inl.gov . Consultado el 19 de abril de 2014 .
4. "Iniciar sesión". inlportal.inl.gov . Consultado el 19 de abril de 2014 .

Enlaces externos

• Miller, P; Danielson, K; Moody, G; Slifka, A; Drexler, E; Hertzberg, J (2006). "Índice de refracción correspondiente utilizando una solución de ftalato de dietilo/etanol para modelos cardiovasculares in vitro - Springer". Experimentos en fluidos . 41 (3): 375–381. Bibcode :2006ExFl...41..375M. doi :10.1007/s00348-006-0146-5. S2CID  122275219.
• "Experimentos actuales del MIR". inlportal.inl.gov . Consultado el 19 de abril de 2014 .
• "INL". inl.gov . Consultado el 19 de abril de 2014 .
• "Técnica de índice de refracción coincidente". inlportal.inl.gov . Consultado el 19 de abril de 2014 .